• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.92-92
• /
• 2021

체외수정을 기반으로 이루어지는 성게의 수정 과정은 성게 주변에서 형성되는 복잡한 난류 흐름의 영향을 받게 된다. 성게 몸체의 하류부에 형성되는 재순환 영역 (recirculation zone) 내에는 다양한 난류 와류 흐름이 존재하며, 이들은 성게 몸체에서 방출된 정자와 난자의 충돌을 일으키고 수정 과정에 지대한 영향을 미친다. 즉, 성게의 수정 과정을 이해하기 위해서는 성게 주변의 흐름에 대한 유체역학적 관점에서의 분석이 수행되어야 한다. 본 연구의 목적은 성게 몸체에 의해 발생한 난류 흐름이 성게의 체외 수정에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 상용 프로그램인 오픈폼 (OpenFaom)을 활용하여 수치 모의를 수행하였다. 성게 주변의 유동장은 LES (Large Eddy Simulation)을 기반으로 모의하였고, 정자와 난자의 확산 궤적은 라그랑지안 입자 추적 (Lagrangian Particle Tracking) 알고리즘을 통해 구현하였다. 총 5개의 유속 조건 (0.025 - 0.20 m/s) 에 대해 모의를 수행하였으며 정자와 난자 사이의 거리를 바탕으로 수정률을 산정하였다. 정자와 난자의 뭉쳐있거나 퍼져있는 공간적인 분포 형태는 Standardized Morisita 지수를 통해 수치적으로 표현하였으며 이들과 수정률과의 관계를 규명하였다. 연구 결과에 따르면 성게 수정은 유속 조건이 0.1 m/s일 때 가장 빈번하게 발생하였으며, 성게 수정의 성공 여부는 크게 2가지 조건에 의해 결정되었다. 첫 번째로, Standardized Morisita 지수가 높을수록 다시 말해 생식세포들이 공간적으로 뭉쳐있어야 하며 두 번째는, 생식세포들을 충돌시킬 수 있는 원동력인 작은 와류가 존재해야 한다. 와류의 크기가 너무 크게 되면 생식세포들은 충돌하지 않고 확산만 되기 때문에 오히려 수정률이 감소하였다. 영역별로 분석한 결과에 따르면, 성게 몸체에 의해 형성된 재순환 영역이 수정과정에 있어 가장 지배적인 영역임을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권5B호
• /
• pp.591-594
• /
• 2008

본 연구에서는 사각격자체계를 이용하는 수치해석기법을 대상으로 격자내에 생성되는 경사면의 합리적인 처리 및 경계조건을 검토하기 위하여 사각격자내에 존재하는 불투과성 및 투과성구조물의 경사면에 대한 새로운 처리기법과 경계조건을 제안한 후, 파 구조물 해저지반/해빈의 상호간섭을 직접 해석할 수 있는 3D-수치모델(LES-WASS-3D; 허와 이, 2007)을 이용하여 수치계산을 실시하였다. 이로부터 얻어진 계산결과와 종래의 계단식 격자구성을 이용한 수치해석결과를 비교 검토하여 제안한 사각격자내의 경사면 처리기법에 대한 타당성을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제44권4호
• /
• pp.343-351
• /
• 2016

초임계 환경에서 작동하는 와류형 분사기의 극저온 질소 분무특성을 3차원 LES 수치기법을 적용하여 연구하였다. 초임계 상태에서 질소의 상태량을 예측하기 위해 초임계 상태에서 적용되는 상태방정식들을 비교하여 가장 정확한 SRK 상태방정식을 적용하였다. 또한 점성계수와 열 전도도는 Chung이 제안한 고압상태 혼합물에 대한 방정식을 적용하였으며 확산계수는 Fuller의 이론에 Takahashi가 제안한 방정식을 적용하였다. 질소로 채워진 50bar의 챔버에 5bar의 차압으로 질소를 분무하여 수치해석을 수행하였다. FFT를 이용한 주파수 분석을 통해 대수적 Smagorinsky와 동적 Smagorinsky를 실험결과와 비교하여 동적모델이 더 적합함을 판단하였다. 분사기 내부의 액막, 가스층에서 나타나는 불안정성과 분사기 외부에서 나타나는 불안정성의 원인에 대해 분석하고, 불안정성이 분사기 내부로 전파되는 현상에 대해 조사하였다. 또한 분무각에 대하여 실험 결과와 비교 검증하였다.

• Wind and Structures
• /
• 제34권1호
• /
• pp.127-136
• /
• 2022

In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제45권6호
• /
• pp.545-555
• /
• 2012

컴퓨터 기술의 발달과 더불어 수치해석을 이용한 파랑변형에 대한 연구는 꾸준히 발전하고 있으며 점점 중요한 역할을 수행하고 있다. 하지만 수치모형을 이용한 연구에는 다양한 문제점이 발생할 우려가 있는데, 그 중 가장 빈번하게 발생하는 문제 중의 하나가 파랑의 조파지점에서 발생하는 수치수조내로의 재반사 문제이다. 재반사를 막기 위한 방법으로는 내부조파 기법을 이용하는 것이 일반적이다. Navier-Stokes 방정식 모형에서는 질량 원천항을 이용한 내부조파 기법을 주로 사용해 왔으나, 기존의 연구는 대부분 연직 2차원 수치모형을 이용한 연구에 국한되어 있었다. 그러나 3차원 수치모형을 이용한 연구가 점차 활발해지면서 3차원 Navier-Stokes 방정식 모형의 내부조파 기법에 대한 필요성이 증대되고 있다. 최근 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식 모형에서 Boussinesq 방정식의 운동량 원천항을 활용하여 파랑을 내부조파하는 기법이 발표되어 3차원 공간에서 경사지게 입사하는 파랑을 성공적으로 재현하였다. 본 연구에서는 LES(large eddy simulation) 기반의 3차원 Navier-Stokes 방정식 수치모형에 운동량 원천항을 이용한 내부조파 기법을 적용하여 목표파랑을 조파하고 해석해와 비교하여 이를 검증하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제32권1호
• /
• pp.55-68
• /
• 2020

너울이 우세한 온화한 해양환경에서 출현하는 beach cusp에서의 경계층 streaming 수리특성을 살펴보기 위해 edge waves의 천수 과정을 수치 모의하였다. Beach cusp을 유지하는 것으로 알려진 synchronous edge waves는 같은 주기와 파고를 지니는 두 개의 Cnoidal wave가 전면해역에서 비스듬히 조우 되도록 조파하여 재현하였다. Beach cusp의 진폭 A_B과 파장 L_B은 맹방 해변에서 수행된 관측결과를 토대로 각각 1.25 m, 18 m로 선정하였다. 모의결과 천수 각 단계에서 예외 없이 경계층 streaming을 관측할 수 있었으며 최대 경계층 streaming은 사주 정점에서 발생하였다. 주기가 가장 짧은 RUN 1의 경우 그 세기는 약 0.32 m/s 내외에 분포하며 이러한 수치는 free stream 유속 u_∞ 진폭의 두 배에 달하는 것으로 wave Reynolds 응력에 기반한 Longuet-Higgins(1957)의 해석 해와는 상당한 차이를 보였다. 수치 모의과정에서 온화한 해양환경에서 해빈이 복원되는 과정을 특정할 수 있었으며 이 과정을 정리하면 다음과 같다: 너울로 구성된 파랑 무리에서 성분 파랑 간의 공진성 상호작용으로 생성된 외 중력파가 쇄파선 인근에 도달하는 경우 중력으로 인한 가속이 더해진 Phase II 파랑 궤도 운동으로 수면 가까이 상승한 많은 모래가 쇄파 시 발생하는 파 마루로부터 시작된 up-rush에 의해 전 빈 정점 가까이 이동하며 이 과정에서 발생하는 침투로 인해 퇴적되는 것으로 모의 되었다.

• 한국화재소방학회논문지
• /
• 제33권1호
• /
• pp.30-38
• /
• 2019

메탄 연료성분이 가득 찬 축소 구획실을 대상으로 개구부에서 유입된 공기와 내부 연료의 혼합특성과 백드래프트 발생특성을 규명하기 위해 대와동모사를 수행하였다. 통상의 문 형태(Door)와 가로 형태의 문이 벽면 상단($Slot_U$), 중단($Slot_M$) 및 하단($Slot_L$)에 있는 구획실의 4가지 개구부 조건들에 대해서 검토를 수행하였다. 점화원이 없을 경우 구획실 내부로 유입되는 산소의 양과 외부로 유출되는 연료의 양은 Door > $Slot_U$ ~ $Slot_M$ > $Slot_L$의 순서로 크지만 $Slot_U$의 경우가 구획실 내부에서 연료와 산소가 전체적으로 가장 잘 혼합되었고 $Slot_L$의 경우에는 연료와 산소가 층을 이루어 혼합이 가장 잘 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 구획실 내 산소량과 연료량으로 정의되는 총괄당량비는 구획실에서 발생하는 백드래프트의 강도와 잘 연관되지 않음을 확인하였다. 백드래프트 발생 시의 구획실 내부의 최고 압력은 혼합이 가장 잘 이루어진 $Slot_U$가 가장 높게 나타났으며 $Slot_L$의 경우에는 압력상승이 낮아 백드래프트가 발생하지 않았다. 백드래프트 발생 시 Door와 $Slot_M$ 조건에서의 최고 압력값은 $Slot_U$ 다음 순서로 나타났으며, 각 조건들의 최고압력은 백드래프트 발생순간까지의 총 열발생량과 잘 연관되어 설명될 수 있었다.

• 한국음향학회지
• /
• 제40권1호
• /
• pp.55-63
• /
• 2021

본 논문에서는 고압가스 배관의 밸브 유동소음을 평가할 수 있는 수치적 방법론을 제시하고 밸브 유동소음 저감을 위한 다공판의 영향을 정량적으로 분석하였다.먼저, 고정확도의 비정상 압축성 대와류모사 기법을 이용하여 고압가스 배관의 밸브 유동과 이로 인한 유동소음을 예측하였다. 예측한 벽면 압력 스펙트럼을 측정값과의 비교를 통하여 수치해석결과의 유효성을 검증하였다. 다음으로 배관내에서 평균 유동장과 중첩되어 전파해가는 음향장의 음향파워를 평가할 수 있는 지표를 기반으로 배관내 밸브 유동에 의하여 하류방향으로 전파하는 음향파워를 분석하였다. 분석결과를 바탕으로 밸브 유동 소음 저감을 위해, 다공평판을 설계하여 밸브 후류에 설치하고 동일한 수치해석 방법을 통해 배관 하류방향으로 전파하는 음향파워를 예측하였다. 예측 결과를 기존 배관 결과와 비교하여 음향파워가 9.5 dB 감소함을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서 제시한 수치방법론은 고압가스 배관의 설계단계에서 뿐만 아니라 기존 시스템에서 발생하는 밸브 유동 소음을 효율적으로 저감할 수 있는 방법 개발에도 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국음향학회지
• /
• 제42권1호
• /
• pp.7-15
• /
• 2023

최근 차량 내 공기 질에 대한 관심이 증가함에 따라 공기 질 측정을 위한 미세먼지 감지 센서의 사용이 보편화되고 있다. 차량 내 에어컨 시스템에 설치되는 미세먼지 감지 센서 내에는 센서에 직접적으로 먼지가 가라앉지 않도록 하기 위한 축류팬이 삽입되어 있다. 센서 작동 시 축류팬의 회전으로 인한 유동 소음은 미세먼지 감지 센서의 주요 소음원으로 작용한다. 차량의 전동화가 급격화가 진행되면서 이러한 유동소음은 미세먼지센서의 제품 경쟁력의 하나로 인식되고 있다. 본 연구에서는 이러한 미세먼지센서용 소형 축류팬의 유동 성능을 개선하여 동일 유량에서 소음을 점감하였다. 먼저 대상 소형 축류팬의 공기역학적 성능을 분석하기 위해 약 2000만 개의 격자로 구성된 가상 팬 성능시험기를 구축하였다. 또한, 유량의 정확한 예측 뿐만 아니라 유동소음의 직접 계산을 위하여 압축성 대와류모사법을 사용하여 유동장을 모사하였다. 수치방법의 유효성은 예측결과와 실험 결과와의 비교를 통하여 확인하였다. 유효성이 검증된 수치 기법을 이용하여 피치각이 유동 성능에 미치는 영향을 분석하였고, 유량을 최대화할 수 있는 피치각을 도출하였다. 최적 피치각을 적용한 축류팬을 사용했을 때 유량은 8.1 % 증가하고 동일 유량에서 소음이 0.8 dBA 감소함을 확인하였다.